经过时间考验的氧化镁揭示二氧化碳吸收动力学

氧化镁是一种很有前途的材料，可以直接从大气中捕获二氧化碳并将其注入地下深处以限制气候变化的影响。但要使该方法经济有效，就需要了解二氧化碳被吸收的速度以及环境条件如何影响所涉及的化学反应。

美国能源部橡树岭国家实验室的科学家分析了一组暴露在大气中几十年的氧化镁晶体样本，以及另一组暴露在大气中数天到数月的样本，以测量反应速率。他们发现，由于氧化镁晶体表面形成了反应层，因此在较长时间内吸收二氧化碳的速度会更慢。

研究结果发表在《环境科学与技术》杂志上。

“这种反应层是不同固体的复杂混合物，这限制了二氧化碳分子找到新鲜氧化镁进行反应的能力。为了使这项技术经济实惠，我们现在正在寻找克服这种装甲效应的方法，”橡树岭国家实验室的说朱莉安·韦伯，该项目的首席研究员。

ORNL 科学家兼该项目团队成员安德鲁·斯塔克 (Andrew Stack) 表示：“如果我们能做到这一点，这个过程或许能够实现碳负能量 Earthshot 的目标，即以每吨不到 100 美元的成本从空气中捕获十亿吨二氧化碳。公吨二氧化碳。”

之前的大多数研究旨在了解氧化镁和二氧化碳化学反应发生的速度，依赖于粗略计算而不是材料测试。橡树岭国家实验室的研究标志着首次进行数十年的测试来确定长时间尺度的反应速率。研究人员利用橡树岭国家实验室纳米相材料科学中心(CNMS)的透射电子显微镜发现，反应层形成。该层由各种复杂的结晶和非晶水合相和碳酸盐相组成。

ORNL 的研究员维塔利·斯塔琴科 (Vitaliy Starchenko) 表示：“此外，通过进行一些反应传输建模计算机模拟，我们确定，随着反应层的形成，它会越来越好地阻止二氧化碳与新鲜的氧化镁发生反应。” “因此，展望未来，我们正在寻找绕过这一过程的方法，让二氧化碳找到新的表面进行反应。”

计算机模拟帮助科学家和工程师了解反应层如何演变，并随着时间的推移改变物质穿过反应层的方式。计算机模型可以预测自然和工程系统(例如材料科学和地球化学)中材料的反应和运动。